Bernhard Gadermaier und Martin Wilkening, TU Graz, verwandeln Li4Ti5O12 durch Sauerstofffehlstellen zu deutlich besseren Ionenleitern; Defektpfad aktiviert, rasche Ionenleitung
Sauerstofffehlstellen machen schlechten Ionenleiter zum guten Batteriematerial - Schnelle Ionenleitung durch die Kombination von Leitfähigkeitsspektroskopie und NMR experimentell nachgewiesen
Sauerstofffehlstellen machen schlechten Ionenleiter zum guten Batteriematerial
Schnelle Ionenleitung durch die Kombination von Leitfähigkeitsspektroskopie und NMR experimentell nachgewiesen
Lithium-Titanat (LTO, Li4Ti5O12) ist ein seit vielen Jahren bekanntes Batteriematerial, das im unbehandelten Zustand Lithium-Ionen nur schlecht leitet. Seine hohe Ionenleitfähigkeit entwickelt es erst beim Laden einer Batterie, wenn zusätzliche Lithium-Ionen und Elektronen in das Material eingelagert werden. Bernhard Gadermaier und Martin Wilkening vom Institut für Chemische Technologie von Materialien der TU Graz ist es nun gelungen, reines, d.h. nicht-lithiiertes LTO mit der ursprünglichen Zusammensetzung Li4Ti5O12 auf ganz anderem Wege in einen deutlich besseren Ionenleiter zu verwandeln: durch bewusst erzeugte „Löcher“ im Kristallgitter, sogenannte Sauerstofffehlstellen. Werden einzelne Sauerstoffatome aus dem Kristallgitter entfernt, entstehen diese Leerstellen, die einen für die Ionen bisher blockierten Wanderungspfad freischalten. „Dieser Diffusionspfad ist im Material bereits durch die LTO-Struktur vorgeprägt, wird aber durch die Defektstruktur erst aktiviert“, erläutert Wilkening. Die Ergebnisse der Experimentalstudie wurden im Fachjournal Science Advances veröffentlicht.
Sauerstoff (rot), Lithium (blau) und Titan (grau) bilden die Kristallstruktur des Batteriematerials Lithium-Titanat.
Um die Fehlstellen in LTO zu erzeugen, haben Gadermaier und Wilkening das Lithium-Titanat in einer sauerstoffarmen Atmosphäre auf 300 Grad Celsius erhitzt. „Durch dieses schonende Erhitzen werden einzelne Sauerstoffatome aus dem Kristallgitter entfernt“, erklärt Martin Wilkening. „Die entstehenden anionischen Leerstellen im Kristallgitter haben einen direkten Einfluss auf die Bewegungsmöglichkeiten der Lithium-Kationen und machen aus dem ursprünglich schlechten einen deutlich besseren Ionenleiter. Am Beispiel LTO zeigt sich der enorme Einfluss von atomaren Defektstrukturen auf die makroskopische Funktion eines Materials besonders deutlich.“
Die schnelle Ionenleitung konnten die Forschenden durch die Kombination von Leitfähigkeitsspektroskopie und Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) experimentell nachweisen. Den direkten experimentellen Nachweis des neu aktivierten atomaren Diffusionspfads lieferten dabei die NMR-Messungen.
„Unsere Experimentalstudie zeigt eindrucksvoll, dass die Eigenschaften eines Festkörpers nicht allein durch seine chemische Zusammensetzung bestimmt werden, sondern in entscheidendem Maß auch durch seine lokale Defektstruktur und thermische Vorgeschichte“, sagt Martin Wilkening. „Wir zeigen, wie sich mit den klassischen Konzepten der anionischen Defektchemie die Beweglichkeit kleiner Lithium-Kationen gezielt steuern lässt.“
Grundlagenforschung als Motor neuer Materialfunktionen
„Die Arbeit ist zugleich ein Paradebeispiel dafür, wie zweckfreie Grundlagenforschung neue Materialfunktionen hervorbringt“, sagt Wilkening. „Die gezielte Steuerung der Ionenleitfähigkeit durch Defektchemie eröffnet langfristig Perspektiven für ionotronische, memristive und neuromorphe Bauelemente in der Mikro- und Nanoelektronik.“
Unlocking Dormant Li⁺ Pathways Drives Fast Ion Transport in Li4Ti5O12 Oxide Spinels Autoren: Bernhard Gadermaier und H. Martin R. Wilkening; Science Advances, 2026
Studie zu Batterierecycling zeigt: China ist auf Platz eins
China deckt vor Europa und den USA den Bedarf an Lithium, Cobalt und Nickel für Batterien durch Wiederverwertung
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Neuer Kunststoff verwandelt sich beim Erhitzen in Gas - und nimmt beim Abkühlen wieder seine ursprüngliche Form an
Neuartiges Polymer könnte das Auftragen, Entfernen und Recyceln vereinfachen, da mehrere übliche Verarbeitungsschritte überflüssig werden
Lichtbasierter 3D-Druck: Neuartige „Tinte“ ermöglicht geschlossenen Materialkreislauf
Heidelberger Forschungsteam entwickelt polymerbasiertes Material, das sich in seine Einzelteile zerlegen und wiederverwenden lässt
Neuer Baustein verbindet Proteine mit anderen Molekülen
Künstlicher Baustein verbindet Proteine und synthetische Moleküle zu komplexen Nanostrukturen
Volle Kraft voraus bei der Entwicklung nachhaltiger Zink-Jod-Batterien
Biologisch abbaubare Oligosaccharide lösen zentrales Problem
Von Resten und Altteilen zum Hochleistungsmaterial
Fraunhofer IWU erschließt neue Kreislaufpfade für Aluminiumschaum
NMR deckt verborgene Elektrolytzustände für bessere Batterien auf
Batterieelektrolyte sind keine festgelegten Zusammensetzungen, sondern sich ständig verändernde flüssige Zustände
Antriebsbatterien neu gedacht: sicher, reparierbar, nachhaltig
Elektrochemische Impedanzspektroskopie soll künftig Mikro-Kurzschlüsse erkennen, bevor sie zu Batteriebränden führen
Natürliches Bioplastik ist Nahrung für Tiere
Neue Studie liefert überraschende Erkenntnisse darüber, wie PHA-Kunststoffe in der Natur abgebaut werden
Winzige Falten in Graphen verändern elektrische Eigenschaften
Vom Schmetterling abgeschaut: Intelligenter Antrieb für die Roboter der Zukunft
Magnetisch steuerbare Rollen aus Vanadiumpentoxid bewegen das 30-Fache ihres Gewichts
Ein Energiespeicher, der für das Recycling konzipiert ist
Schritt in Richtung nachhaltigere Elektronik: Kompakter, wiederaufladbarer Superkondensator lässt sich zerlegen und wiederverwenden
Wie Zementwerke der Atmosphäre CO₂ entziehen können
Neue Lebenszyklusanalyse zeigt, wie Kalzium-Looping-DAC die Klimawirkung der Zementproduktion um 78 Prozent senken kann
Laserspektroskopie bringt versteckte Kerneigenschaften in Fermium zum Vorschein
Hochpräzise Vermessungen des Fermium-255-Kerns bestätigen moderne Kernmodelle und begünstigen weitere Suche nach superschweren Elementen
Wissenschaftler verwandeln einen der weltweit am meisten verhassten Kunststoffe in ein Premium-Schmiermittel
Sie entdecken etwas, das weitaus vielversprechender ist als eine Recyclingmethode
Trocknung mit überhitztem Wasserdampf – strombasiert und energieeffizient
Heißdampftrocknungsverfahren spart deutlich Energie und vermeidet den Einsatz von Erdgas
Neues Kathodenmaterial bringt wässrige Zink-Ionen-Batterien der Realisierbarkeit näher
Forscher nutzen Kugelmahlen als kostengünstige Methode, um Sauerstoffdefekte in elektrolytischem MnO₂ zu erzeugen
Wie CO₂-Bilanzierungsregeln Anreize für klimafreundlichen Wasserstoff beeinflussen
Wissenschaftler der Heriot-Watt-Universität und Start-up Take Root Bio finden neue Verwendungsmöglichkeit für salzige Käsemolke
Dem Schneckenschleim auf der Spur
Entdeckung könnte die Entwicklung umweltfreundlicher Klebstoffe, funktioneller Beschichtungen und medizinischer Materialien voranbringen
Nach dem Vorbild der Zelle: Bayreuther Forscher bauen synthetische Fasern, die sich selbst schützen
Bayreuther Chemiker nutzen einen zinkhaltigen Komplex, der ab 32 °C reversibel zu mikrometergroßen Strukturen aggregiert
Holen Sie sich die Chemie-Branche in Ihren Posteingang
Mit dem Absenden des Formulars willigen Sie ein, dass Ihnen die LUMITOS AG den oder die oben ausgewählten Newsletter per E-Mail zusendet. Ihre Daten werden nicht an Dritte weitergegeben. Die Speicherung und Verarbeitung Ihrer Daten durch die LUMITOS AG erfolgt auf Basis unserer Datenschutzerklärung . LUMITOS darf Sie zum Zwecke der Werbung oder der Markt- und Meinungsforschung per E-Mail kontaktieren. Ihre Einwilligung können Sie jederzeit ohne Angabe von Gründen gegenüber der LUMITOS AG, Ernst-Augustin-Str. 2, 12489 Berlin oder per E-Mail unter widerruf@lumitos.com mit Wirkung für die Zukunft widerrufen. Zudem ist in jeder E-Mail ein Link zur Abbestellung des entsprechenden Newsletters enthalten.
Energiewende: Erst elektrifizieren – und für den Rest Methanol statt Wasserstoff
Wie magnetische Nanopartikel Ewigkeitschemikalien aus Wasser entfernen
Strukturkrise der Chemieindustrie verschärft sich – die Zeit zum Handeln wird knapp
Wer jetzt handelt, verbessert seine Chancen, 2040 noch wettbewerbsfähig zu sein
LANXESS befeuert erstmals Großanlage mit Wasserstoff
Vorteil Verbundstandort: Wasserstoff entsteht bei Covestro als Nebenprodukt in der Chlorelektrolyse
KI-Kühlung verbraucht Milliarden Liter Wasser – Heidelberger Start-up bietet Ausweg
blue activity setzt auf biologisch abbaubare Kühlwasserchemie
Material gewinnt Wasser aus der Luft – und kühlt effizienter als heutige Systeme
Neue Lösungen für das PFAS-Problem
Forschungsteam entwickelt Methoden zum Abbau von Ewigkeitschemikalien
Sind Gasturbinen bereit für die Wasserstoffwirtschaft?
Ein internationales Forschungsteam zeigt, wie sich Wasserstoff bei erhöhten Temperaturen auf Superlegierungen auf Nickelbasis auswirkt
Neue EU-Verpackungsverordnung in Kraft: PFAS in Lebensmittelverpackungen verboten
„Forever Chemicals“ in Verpackungen wie Pizzakartons und Mikrowellen-Popcorn-Beuteln nun EU-weit verboten
Gängiger Kunststoffzusatz macht dehnbare OLED-Displays heller und elastischer
Forschungsergebnisse zeigen, dass ein alltäglicher Weichmacher die Effizienz und Dehnbarkeit von lichtemittierenden Polymerfolien steigern kann
Weitere News von unseren anderen Portalen
Jenseits von Antibiotika: ein neuer Ansatz zur Behandlung von Harnwegsinfektionen
Nahrungsergänzungsmittel im Alter: Wann sie helfen und wann sie schaden
Verbraucherzentrale NRW warnt: Vitamin D kann bei Überdosierung Nierenschäden verursachen
Akkordeon-Physik läutet eine neue Ära für die Lab-on-a-Chip-Technologie ein
Gerät bildet die Wellenformen des Blutflusses nach und eröffnet neue Möglichkeiten für die Erforschung von Gefäßerkrankungen und die Arzneimittelentwicklung
Starke Entzündungsreaktionen auf unbekannten immunologischen Regelkreis zurückzuführen
Erhöhte FGL-1-Spiegel korrelieren mit stärkerer Entzündung – der Signalweg könnte auch bei anderen Erkrankungen relevant sein
Nach foodwatch-Abmahnung: Lidl und Tinema stoppen Greenwashing bei Lachs
Siegel ohne Substanz – Warum ASC und GGN Verbrauchern keine echte Garantie für nachhaltige Lachszucht geben
Ein neuer Blick auf das Mikrobiom und seine Metaboliten
Vitamin B3 im Darm: ein besonderer Weg von der Grundlagenforschung bis zur klinischen Anwendung
Innovations-Transfer-Preis würdigt die gemeinsame Entwicklung von Forschenden des UKSH und des Exzellenzclusters PMI mit der CONARIS Research Institute AG
MicroHarvest baut Europas erste industrielle Anlage für mikrobielles Protein im Chemiepark Leuna
Biotech-Scale-up investiert mittleren zweistelligen Millionenbetrag und schafft am Standort etwa 25 neue Arbeitsplätze
Der P-tau 217 Alzheimer-Biomarker ist präklinisch überraschend schwach
Die industrielle Geflügelzucht beschleunigt die Ausbreitung einer schwerwiegenden durch Lebensmittel übertragenen Krankheit
Fake News auf dem Teller: Universität Bayreuth erforscht Ernährungs-Desinformation in sozialen Medien
Im Projekt FOOD-FRAMES untersuchen zehn Institutionen aus sieben Ländern, wie eine bessere Informationsumgebung entstehen kann
Eurofins übernimmt die Geschäftsbereiche Biopharma und Lebensmittelprüfung von Element in Nordamerika
Die 27 Laborstandorte sollen in das bestehende Hub-and-Spoke-Netzwerk von Eurofins integriert werden
Kostenlose KI entwickelt neuartigen E. coli-Killer
Modell entwarf die Phagen-Genome von Anfang bis Ende, ohne dass die Forscher manuell in die Sequenz eingriffen
Studie bringt hochverarbeitete Lebensmittel mit einem deutlich höheren Prostatakrebsrisiko in Verbindung
Ein höherer Konsum erhöht das Risiko für Prostatakrebs bei Männern um bis zu 31%
Astorg schließt die Übernahme des Mikrobiologiegeschäfts von Thermo Fisher Scientific ab
Der ehemalige CEO von PerkinElmer steht an der Spitze des neuen Unternehmens
Pusten statt bluten: Gerät misst Fettverbrennung in de